浅谈海上平台间海缆末端抽拉工艺

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东 深圳 518054）

0 引言

对于连接2个平台之间的海缆（电缆/脐带缆）铺设安装作业，在海缆末端抽拉上平台时，目前国际海工领域上常用的方法有3种：1）海底拖拉法。海缆末端在海底甩下“U”形或“S”形弯段，使用平台绞车直接进行抽拉。2）撑杆提拉法。海缆末端在海底甩下“U”形弯段，使用撑杆将“U”形弯段海缆提起，配合平台绞车进行抽拉。3）半圆支架提拉法。半圆支架提前放置在海床的设计位置，将海缆末端铺设进入半圆支架，使用半圆支架将海缆提起，配合平台绞车进行抽拉。

1 海底拖拉法

“海底拖拉法”是早期平台间海底电缆铺设作业中常用的海缆末端抽拉工艺。将海缆末端按照预先设计好的弯段路由铺设至海底后，使用平台绞车直接将海缆抽拉至平台进行锚固，如图1所示（俯视图）。

图1 海底拖拉法海缆末端“S”形弯段示意图

其主要的施工步骤有6个：1）海缆末端铺设靠近平台时，计算出所需抽拉至平台的海缆长度，在计算好的位置将多余的电缆切断（脐带缆不可切断，需要在末端平台附近甩弯消耗多余长度的脐带缆）。2）切断后的电缆末端完成密封，并安装辅助抽拉的拖拉网套（脐带缆一般配备有专用的拖拉头，无需安装拖拉网套）。3）按照预先设计的“U”形或“S”形路由将海缆铺设至海底，并将海缆末端临时放置于平台海缆护管口附近。4）平台绞车通过平台海缆护管下放至海底，将平台绞车与电缆末端的拖拉网套（或脐带缆拖拉头）连接。5）回收平台绞车，将海缆末端通过海缆护管抽拉至平台的预定位置。6）安装海缆锚固装置，将海缆固定于平台上。

“海底拖拉法”的优点是不需要辅助提拉工具，海缆末端抽拉作业设备只有平台绞车，操作简单，界面清晰。

但是其缺点也很明显，主要有以下3点：1）在海缆末端抽拉至平台过程中，整段“U”形或“S”形弯段海缆直接拖曳于海床上，海缆与海床之间的摩擦力较大造成所需绞车拉力较大，对平台绞车的作业能力要求高；如果海缆“U”形或“S”形弯段内有障碍物，抽拉过程中可能会对海缆造成损伤。2）海缆进入护管口的角度不可调，如果进入角度存在较大偏差，可能会造成海缆刮伤。对于配备护管口密封塞的海缆，无法调整海缆进入护管口角度将会增大密封塞的安装难度。3）海缆抽拉完成后其最终路由与设计路由存在较大偏差。

2 撑杆提拉法

“撑杆提拉法”是在“海底拖拉法”的基础上改进的1种海缆末端抽拉工艺。海缆末端抽拉上平台时，为了减小平台绞车的抽拉力，降低安装难度，使用撑杆在设计的位置将海缆提起。在平台绞车进行抽拉的过程中，吊机将吊着海缆的撑杆下放，并同步移船，绞车抽拉、撑杆下放与移船三者协调一致，将海缆末端抽拉至平台。其主要的施工步骤有10个：1）海缆铺设靠近末端平台时，在预先计算好的海缆位置安装连接提拉撑杆用的两套拖拉2套。2）继续铺设海缆，计算出所需抽拉至平台的海缆长度，在计算好的位置将多余的电缆切断（脐带缆不可切断，需在末端平台附近甩弯消耗多余长度的脐带缆）。3）切断后的电缆末端完成密封，并安装辅助抽拉的拖拉网套（脐带缆一般配备有专用的拖拉头，不需要安装拖拉网套）。4）按照预先设计的“U”形路由将海缆铺设至海底，并将海缆末端临时放置于平台海缆护管口附近。5）平台绞车通过平台海缆护管下放至海底，将平台绞车与电缆末端的拖拉网套（或脐带缆拖拉头）连接。6）移船回到“U”形弯段海缆处，提拉拖拉网套须位于海缆“U”形弯段顶部两侧。吊机将配备好提拉索具的撑杆下放至海底海缆“U”形弯段上方。7）将撑杆的提拉索具连接至海缆“U”形弯段处的拖拉网套，如图2所示，回收吊机，将海缆“U”形弯段垂直提起。8）平台绞车钢丝绳，同步下放撑杆，往平台方向移船，3个动作协调一致，将海缆末端通过海缆护管抽拉至平台的预定位置，如图3所示，并进行海缆锚固。9）海缆抽拉结束后，将连接在撑杆上过多的海缆余量垂直于海缆路由下放至海底，如图4所示。10）采用“撑杆提拉法”进行海缆末端抽拉时，除了要计算好所需的海缆长度，留有一定的余量外，还需保证海缆在水中的悬链线姿态，而悬链线监控的重要指标为海缆的上部悬挂点到触泥点的水平距离（Layback，以下简称L）。

图2 撑杆提拉法海缆“U”形弯段索具示意图

如图5所示的坐标，悬链线方程如公式（1）～（3）所示[1-2]：

图3 撑杆提拉法海缆末端抽拉至平台示意图

式中：a为悬垂参数；H为水深；T0为电缆海底张力；w为电缆在水中每米的重量；L为海缆的上部悬挂点到触泥点的水平距离；s为悬链线海缆总长；T为海缆上端所受的张力；R0为海缆着泥点处的弯曲半径。

由此可知，L值发生变化时，其悬链线也会相应改变。在海缆高度H不变的前提下，L值变大，悬链线会变长，海缆所受的张力会变大；L值变小，悬链线会变短，海缆所受的拉力会减小，但是着泥点处海缆的弯曲半径会变小。综合考虑到海缆所受的拉力和着泥点处海缆的弯曲半径，海缆L值会有1个安全范围。在海缆施工过程中，应时刻保持海缆L值在此安全范围内。

使用撑杆法进行海缆抽拉时，容易因操作不当造成海缆扭结，分析认为，内应力是海缆下放过程中扭结的主要原因。图6和图7为使用撑杆下放海缆时，不同L值下海缆的悬链线姿态和受力状态比较图。由图可知，当撑杆两边的海缆L值越大时，海缆承受的张力越大，在较大张力状态下，海缆本身会绷得更紧，相对于松弛状态，绷紧的海缆不容易出现扭结[3]。

所以，为了防止海缆扭结，撑杆两边的海缆L值应保持一致，并且在L值处于安全范围内的前提下，保持在相对较大的数值，使两边海缆承受较大的张力。同时，应时刻监测海缆状态，监测点主要在海缆着泥点附近，如果条件允许，可同时对海缆中上部进行监测。当发现海缆有要打扭迹象时，立即停止作业，并查找原因。可采取对L值进行优化、减小海缆抽拉速度等措施防止海缆扭结。

图4 撑杆提拉法剩余海缆铺设示意图

因为相对于“海底拖拉法”，“撑杆提拉法”将“U”形弯段的海缆整段提起离开海床，减小了海缆抽拉期间海缆与海床的摩擦力，所以其要求的平台绞车能力相对较小。由于撑杆将整段“U”形弯段海缆提起，因此海缆抽拉期间不会受到路由附近海床障碍物的影响，且可通过调节撑杆的位置来调节海缆进入护管口的角度，使海缆抽拉作业更加安全，提高了配备有密封塞海缆的安装成功率。

另外，与“海底拖拉法”相比，“撑杆提拉法”完成海缆抽拉后，海缆的最终路由更接近设计路由，如图8和图9所示，为2种抽拉工艺的完工路由图。

3 半圆支架提拉法

“半圆支架提拉法”是在“撑杆提拉法”的基础上，根据实际项目的需求而改进的1种海缆末端抽拉工艺。采用半圆支架提拉的目的主要是为了保证海缆在提拉与抽拉过程中，海缆的弯曲半径能够得到固定半径支架的保护，确保海缆在抽拉过程中不会过弯，图10为典型的半圆支架示意图。

主要的施工步骤有以下6个：1）半圆提拉支架提前下放至设计的海缆路由“U”形弯顶部位置。2）海缆末端铺设靠近平台时，计算出所需抽拉至平台的海缆长度，在计算好的位置将多余的电缆切断（脐带缆不可切断，需在末端平台附近甩弯消耗多余长度的脐带缆）。3）切断后的电缆末端完成密封，并安装辅助抽拉的拖拉网套（脐带缆一般配备有专用的拖拉头，无需安装拖拉网套）。4）将海缆铺设进入半圆提拉支架卡槽，海缆末端临时放置于平台海缆护管口附近，将平台抽拉绞车连接至电缆末端拖拉网套（或脐带缆拖拉头）。5）安装船舶下放吊机起吊半圆提拉支架，保证海缆处于提拉支架卡槽内，通过半圆提拉支架将整段海缆“U”形弯段垂直提起。6）平台绞车钢丝绳回收，同步下放半圆提拉支架，往平台方向移船，3个动作协调一致。将海缆末端通过海缆护管抽拉至平台的预定位置，如图11所示，并进行海缆锚固。

图5 海缆悬链线示意图

图6 海缆L值较小示意图

图7 海缆L值较大示意图

图8 “海底拖拉法”的海缆完工路由

图9 “撑杆提拉法”的海缆完工路由

图10 半圆支架示意图

海缆抽拉结束后，采用绞车配合吊机倾倒半圆提拉支架，将剩余海缆垂直海缆路由放置于海床，如图12所示。

“半圆支架提拉法”与“撑杆提拉法”的区别在于将撑杆换成半圆支架。半圆支架相对于撑杆来说，其固定半径的圆弧能切实保证海缆在抽拉过程中位于圆弧内的海缆弯曲半径处于固定值。并且采用半圆支架提拉，海缆上不用安装拖拉网套等附件，完成抽拉后，也不会在海缆上遗留辅助提拉等附件。

但是“半圆支架提拉法”因为需要将海缆铺入支架卡槽内，所以对海缆铺设的精度要求较高，同时半圆支架相对撑杆设计更复杂，占用甲板面积更多。

图11 半圆支架提拉法示意图

图12 半圆支架提拉法剩余海缆铺设示意图

4 海缆末端抽拉工艺的选择

“海底拖拉法”、“撑杆提拉法”和“半圆支架提拉法”在海缆末端抽拉平台的施工中都有过成功的工程实践。3种海缆末端抽拉工艺各有优缺点，可考虑从以下5个方面进行选择：1）海缆末端平台附近海底结构物较多，海缆末端“U”形弯不可避免会跨越已有结构物，建议选择“撑杆提拉法”和“半圆支架提拉法”。2）平台抽拉绞车载荷较小，需减小海缆抽拉拉力，建议选择“撑杆提拉法”和“半圆支架提拉法”。3）对安装有密封塞的海缆或对海缆完工路由要求较高的项目，建议选择“撑杆提拉法”和“半圆支架提拉法”。4）完成海缆抽拉后，海缆上不允许遗留拖拉网套等附件，或海缆末端无法安装拖拉网套等辅助提拉附件，建议选择“海底拖拉法”和“半圆支架提拉法”。5）海缆铺设精度低，甲板面积不足，可选择“海底拖拉法”和“撑杆提拉法”。